用于确定天然气管网的能量管存量的方法及处理器与流程

文档序号:40573384发布日期:2025-01-03 11:36阅读:33来源:国知局
用于确定天然气管网的能量管存量的方法及处理器与流程

本技术涉及天然气运输领域,具体涉及一种用于确定天然气管网的能量管存量的方法、存储介质及处理器。


背景技术:

1、天然气管网水力计算是天然气管网系统稳定运行、精准调控和优化分析的基础。天然气的管存作为天然气管道调峰效果的主要指标,是保障管道内气体能否平稳安全的运行重要标准。对于确定的输气管道,管存就是指天然气在管道内某一时刻实际储存的天然气的气体体积量,即在标准状况下的体积。目前工程使用的管存计算方法都是基于稳态水力计算得到的,相较于实际运行过程中的动态过程,能量管存量计算存在偏差,计量精度较低,影响企业的经济效益。


技术实现思路

1、本技术实施例的目的是提供一种用于确定天然气管网的能量管存量的方法、存储介质及处理器。

2、为了实现上述目的,本技术第一方面提供一种用于确定天然气管网的能量管存量的方法,包括:

3、基于天然气管网的管道结构和边界元件确定天然气管网的拓扑结构,拓扑结构包括天然气管网的多个管道、每个管道对应的节点以及每个管道中天然气的流向,每个管道包括多个管段,管段是指相邻的两个位置点之间的管道;

4、根据拓扑结构确定天然气在每个管道的流速;

5、针对每个管道,根据流速确定管道中天然气的流动状态对应的数学模型,数学模型包括多个非线性方程;

6、针对每个管道的每个管段,根据管段的两个位置点对多个非线性方程进行改写,以得到与每个非线性方程对应的目标非线性方程;

7、根据多个目标非线性方程确定天然气在每个管段的物性参数;

8、根据物性参数确定天然气在每个管段的能量管存量。

9、在本技术的实施例中,每个管道对应的节点包括第一节点和第二节点,根据拓扑结构确定天然气在每个管道的流速包括:针对每个管道,获取第一节点的第一压力和第二节点的第二压力;针对每个管道,根据第一压力和第二压力确定第一节点和第二节点之间的第一压力列向量;根据拓扑结构确定天然气管网对应的降阶关联矩阵;针对每个管道,根据第一压力列向量和降阶关联矩阵确定全部管道对应的第二压力列向量;根据第二压力列向量确定全部管道对应的第一流量列向量;针对每个管道,根据第一流量列向量和降阶关联矩阵确定管道对应的第二流量列向量;针对每个管道,根据第二流量列向量确定管道中天然气的流速。

10、在本技术的实施例中,多个非线性方程包括状态方程,天然气的混合物包括多个气体组分,方法还包括:获取每个气体组分的体积分数;针对每个管道,基于状态方程根据全部体积分数和第一压力列向量确定天然气处于管道时的密度。

11、在本技术的实施例中,针对每个管道,基于状态方程根据全部体积分数和第一压力列向量确定天然气处于管道时的密度包括,根据以下公式(1)计算密度:

12、

13、其中,p是指天然气在每个管道的第一压力列向量,ρ是指天然气在每个管道的密度,r为通用气体常数,t为系统温度,a0、b0、c0、d0、a、α、b、d、γ是指天然气混合物中的气体组分不同的viral系数。

14、在本技术的实施例中,非线性方程包括动量方程,针对每个管道,根据流速确定管道中天然气的流动状态对应的数学模型,数学模型包括多个非线性方程包括:针对每个管道,根据密度和流速确定天然气在管道的雷诺数;获取每个管道的直径和实际粗糙度;针对每个管道,根据雷诺数、直径和实际粗糙度确定管道的摩擦阻力系数;针对每个管道,根据摩擦阻力系数、直径、流速确定动量方程。

15、在本技术的实施例中,多个目标非线性方程包括目标连续性方程、目标动量方程、目标能量方程、目标状态方程,物性参数包括多个待求参数,每个管段对应多个待求参数,每个待求参数包括多个管段对应的多个待求参数值;根据多个目标非线性方程确定天然气在每个管段的物性参数包括:针对每个待求参数,根据多个待求参数值确定待求参数对应的迭代矩阵;针对每个待求参数,根据迭代矩阵对待求参数进行多次迭代计算;针对每次迭代计算,根据迭代矩阵、迭代计算对应的迭代次数和多个目标非线性方程确定迭代计算对应的迭代增量;针对每个待求参数,根据多个迭代增量、多个迭代矩阵、多个目标非线性方程确定在多次迭代计算后的多个计算结果,并将多个计算结果确定为多个待求参数值;根据多个待求参数的全部待求参数值确定天然气在每个管段的物性参数。

16、在本技术的实施例中,针对每个待求参数,根据多个待求参数值确定待求参数对应的迭代矩阵包括,根据以下公式(2)确定迭代矩阵:

17、

18、其中,x0…xn-1是指每个待求参数的待求参数值,f0…fn-1是指与每个待求参数值对应的多个目标非线性方程,j是指每个待求参数对应的迭代矩阵。

19、在本技术的实施例中,针对每次迭代计算,根据迭代矩阵、迭代计算对应的迭代次数和多个目标非线性方程确定迭代计算对应的迭代增量包括,根据以下公式(3)确定迭代增量:

20、jkδxk=f(xk)       (3)

21、其中,k是指每次迭代计算的迭代次数,jk是指第k次迭代计算对应的迭代矩阵,x是指天然气在每个管段对应的每个待求参数的待求参数值,δxk是指第次迭代计算对应的迭代增量,f(xk)是指第k次迭代计算对应的多个非目标非线性方程。

22、在本技术的实施例中,针对每个管道的每个管段,根据管段的两个位置点与多个非线性方程进行改写,以得到与每个非线性方程对应的目标非线性方程包括,多个目标非线性方程包括以下公式(4)(5)(6)(7)(8):

23、

24、其中,t是指时刻,i是指每个管道的第i个位置点,i+1是指每个管道与第i个位置点相邻的下一个位置点,是指t时刻每个管道内第i个位置点的天然气的密度,是指t时刻每个管道内第i个位置点的天然气的流速,δt是指设置计算的时间步长,δx是指每个管段的空间步长,是指t时刻每个管道内第i个位置点的天然气的压力;是指t时刻每个管道的第i个位置点的天然气的焓值,是指t时刻每个管道内第i个位置点的气体组分n的摩尔分数,g是指重力加速度,θ是指每个管道的管道倾角,λ是指每个管道的实际粗糙度,d为每个管道的直径,t0是指环境温度,k是指综合换热系数,z是指压缩因子。

25、在本技术的实施例中,物性参数包括天然气在每个管段的两个位置点分别对应的第一温度和第二温度,以及第一压力和第二压力,根据物性参数确定天然气在每个管段的能量管存量:针对每个管段,根据第一温度和第二温度确定管段的平均温度;针对每个管段,根据第一压力和第二压力确定管段的平均压力;针对每个管段,根据平均温度和平均压力确定管段的第一管存;针对每个管道,根据全部管段的第一管存确定管道的第二管存;针对每个管道,根据第二管存确定管道的能量管存量。

26、在本技术的实施例中,物性参数还包括天然气在每个管段中每个气体组分的摩尔分数,针对每个管道,根据第二管存确定管道的能量管存量包括:针对每个管段,根据全部的摩尔分数确定天然气在管段的实际高位摩尔发热量,并将管段的实际高位摩尔发热量作为管段对应的管道中天然气的实际高位摩尔发热量;针对每个管道,根据实际高位摩尔发热量、第二管存确定天然气在管道的能量管存量。

27、本技术第二方面提供一种处理器,被配置成执行上述的用于确定天然气管网的能量管存量的方法。

28、本技术第三方面提供一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行上述的用于确定天然气管网的能量管存量的方法。

29、通过上述技术方案,基于天然气管网的管道结构和边界元件确定天然气管网的拓扑结构,拓扑结构包括天然气管网的多个管道、每个管道对应的节点以及每个管道中天然气的流向,每个管道包括多个管段,管段是指相邻的两个位置点之间的管道;根据拓扑结构确定天然气在每个管道的流速;针对每个管道,根据流速确定管道中天然气的流动状态对应的数学模型,数学模型包括多个非线性方程;针对每个管道的每个管段,根据管段的两个位置点对多个非线性方程进行改写,以得到与每个非线性方程对应的目标非线性方程;根据多个目标非线性方程确定天然气在每个管段的物性参数;根据物性参数确定天然气在每个管段的能量管存量。基于天然气管网的动态水力计算,可以提高管网中天然气能量管存量的计算精度,提升天然气管网运行的安全性,使得天然气在运输、贸易过程中减少损失。

30、本技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

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